[发明专利]高精度低信噪比椭圆化星点光斑细分定位方法

摘要

高精度低信噪比椭圆化星点光斑细分定位方法，涉及天文学测量导航领域，解决了空间飞行器在高目标星等、像移和光学系统像差影响下的高精度星点测量问题。本发明通过设定一个高斯权值函数的初始值，采用加权质心法计算质心，用质心位置作为下一帧权值函数中心位置，用光强二阶矩的组合作为权值函数的高斯宽度，采用迭代算法迭代这一过程，随着权值函数与光强函数越来越接近，细分定位精度越来越高，同时通过自适应的改变加权函数，提高了图像的信噪比，并且在x、y两个方向上分别计算高斯宽度，解决了高星等低信噪比光斑和椭圆化光斑的高精度细分定位问题。本发明具有精度高、抗干扰能力强的优点，适合于低信噪比和椭圆化星点光斑的细分定位。

主权项

高精度低信噪比椭圆化星点光斑细分定位方法，其特征在于，该方法的条件和步骤如下：步骤一、设初始权值函数为二维高斯函数，如式(1)所示：$w(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}_x{\mathrm{\σ}}_y}\exp [-\frac{{(x-x_c)}^2}{{2\mathrm{\σ}}_x^2}-\frac{{(y-y_c)}^2}{{2\mathrm{\σ}}_y^2}]---\left(1\right)$初始权值函数中心位置(x,y)位于星点光斑光强最大值位置，x方向和y方向上的初始权值函数高斯宽度都设为1个像素，即σ_x＝σ_y＝1；步骤二、利用式(2)和式(3)同时采用加权质心法计算第一帧图像的星点光斑中心位置(x_c,y_c)，并将其作为下一帧权值函数中心位置，式(2)和式(3)中，I(x,y)为星点光斑光强函数：${\hat{x}}_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{xI}(x,y)w(x,y)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}I(x,y)w(x,y)}---\left(2\right)$${\hat{y}}_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{yI}(x,y)w(x,y)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}I(x,y)w(x,y)}---\left(3\right)$步骤三、利用式(4)和式(5)计算星点光斑光强二阶矩，将此光强二阶矩的组合作为下一帧权值函数高斯宽度：$S_{x^2}=\underset{x=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}^{2}I(x,y)w(x,y)---\left(4\right)$$S_{y^2}=\underset{x=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}^{2}I(x,y)w(x,y)---\left(5\right)$由于步骤二中已经求得星点光斑光强的0阶矩和1阶矩，因此可得下一帧权值函数高斯宽度如式(6)和式(7)所示：${\mathrm{\σ}}_x=\frac{\sqrt{S_{x^2}S-S_x^2}}{S}---\left(6\right)$${\mathrm{\σ}}_y=\frac{\sqrt{S_{y^2}S-S_y^2}}{S}---\left(7\right)$步骤四、利用新一帧的星点光斑中心位置和星点光斑光强的二阶矩，同时采用式(2)和式(3)更新权值函数，重复以上步骤，通过迭代方法计算星点光斑中心位置，直到计算精度满足要求，迭代结束，输出高精度的星点光斑中心位置。